اندازه گیری دما

  1. خانه
  2. مقالات ابزار دقیق
  3. اندازه گیری دما

اندازه گیری دما

اندازه گیری دما از دیدگاه صنعتی دما یکی از مهمترین پارامترهای اندازه گیری است.

همچنین اندازه گیری دما یکی از مهمترین پارامترهای خدمات بهداشتی برای پایش محیط زیست و سیستم های ایمنی است.

واحدهای SI

واحد مبنای SI برای دما، کلوین است که برابر است با 1⁄273.16 دمای ترمودینامیکی نقطه سه گانه آب، درجه سلسیوس نیز در سیستم SI به رسمیت شناخته می شود و از معادله زیر بدست می آید :

t=T-273.16

که در معادله فوق t دما برحسب درجه سلسیوس و T معادل آن برحسب کلوین است.

مقیاس ترمودینامیکی

دما میزان گرمی یک شیء و تابع قوانین ترمودینامیک است.

مقیاس اندازه گیری دما بر قانون اول و دوم ترمودینامیک معروف به مقیاس دمای ترمودینامیکی مبتنی است .

کوچکترین حد مقیاس ترمودینامیکی صفر مطلق یا صفر کلوین (K) است.

چون این مقیاس خطی است برای تکمیل شدن فقط به یک نقطه مرجع غیر صفر دیگر نیاز دارد. در اصل این نقطه مرجع، نقطه انجماد آب ( °0 یا 273.16K ) است.

سه دلیل عملی وجود دارد :

الف. اندازه گیری دماهای ترمودینامیکی مشکل است.

طرف نظر از پیچیدگی های فنی اندازه گیری یک دمای ترمودینامیکی ممکن است هفته ها یا حداقل روزها طول بکشد.

ب. در تعیین دما بر روی مقیاس ترمودینامیکی، خطاهای سیستماتیک بزرگی بوجود می آید، هرچند این خطاها در سال های اخیر حداقل شده اند.

ج. ریزنگری و تکرارپذیری بسیاری از دما سنج های تجربی از دماسنج های ترمودینامیکی بهتر است.

از این رو همه اندازه گیری های کاربردی دما مبتنی بر مقیاس دمای تجربی است که گاهی CGPM تعریف می کند.

مقیاس دمای کاربردی

مقیاس دمای کاربردی رایج، مقیاس دمای بین المللی 1990 (ITS-90) است.

اولین مقیاس دمای کاربردی معروف به ITS-27 در 1927 تعریف شد.

ITS-27 در 1948 بازبینی و تبدیل به ITS-48 شد، در 1968 بازبینی جامع تری انجام شد که نتیجه آن مقیاس دمای کاربردی بین المللی 1968 (ITS-68) بود.

مقیاس دمای بین المللی 1990 (ITS-90)

مقیاس دمای بین المللی ITS-90 از اول ژانویه 1990 به عنوان یک مقیاس دمای بین المللی رسمی ه کار گرفته شد.

نقاط ثابت معینی در گستره 38.83- تا 1084.62 درجه سلسیوس در جدول ارایه شده است.

تحقق نقطه سه گانه آب با مقدار اختصاصی 273.16 کلوین ( °0.01 ) بسیار آسان است.

همه نقاط ثابت بالای این دما نقاط انجماد هستند، مگر نقطه گالیوم که به صورت نقطه ذوب تعریف می شود.

در طی این تغییر حالتها دما ثابت باقی می ماند و یک انجماد یا ذوب خاموش (Plateau) مشاهده می شود.

دمایی که در آن حالت های جامد، مایع و گازی مواد در تعادل دینامیکی با هم وجود دارند، نقطه سه گانه نامیده می شود.

بنابراین در نقطه سه گانه آب، یخ، آب و بخار در تعادل دینامیکی باهم وجود دارند.

مواد وضعیت تعادل کلوین (K) دما سلسیوس(C°)
جیوه Hg نقطه سه گانه 234.3156 38.83-
آب H2O نقطه سه گانه 273.16 0.01
کالیم Ga نقطه ذوب 302.9146 29.7646
ایندیم In نقطه انجماد 429.7485 156.5985
قلع Sn نقطه انجماد 505.078 231.928
روی Zn نقطه انجماد 692.677 419.527
آلومینیوم AL نقطه انجماد 933.473 660.323
نقره Ag نقطه انجماد 1234.93 961.78
طلا Au نقطه انجماد 1337.33 1064.18
مس Cu نقطه انجماد 1357.77 1084.62

 

تجهیزات درونیابی

دما در نقاط میانی با استفاده از دماسنجهایی معین می شود که تجهیزات درونیابی نامیده می شوند.

در دمای بالاتر از °961.78 ، مقیاس برحسب یک تشعشع کننده جسم سیاه مرجع تعریف می شود.

دماسنجهای صنعتی

برای اندازه گیری دما در صنعت از انواع دماسنجها استفاده می شود. انواع اصلی آن عبارتند از:

– دماسنجهای ترموکوپلی (thermocouple thermometers)

– دماسنجهای مقاومتی (resistance thermometers)

– دماسنجهای مایع-در-شیشه (liquid in glass thermometers)

– دماسنجهای دوفلزی (bimetal thermometers)

– دماسنجهای تابشی   (radiation thermometers)

– پایرومترهای نوری(optical pyrometers)

اندازه گیری دما

دماسنجهای ترموکوپلی

دماسنج ترموکوپلی از یک حسگر ترموکوپلی تولید کننده نیروی محرکه الکتریکی (emf) که به وسیله ای با قابلیت اندازه گیری emf و نمایش آن برحسب دمای معادل متصل شده است، تشکیل می شود.

مانند سیستمی که در شکل نشان داده شده است.

اصول کار : وقتی یک هادی در معرض یک گرادیان دمای ثابت قرار می گیرد، میزان انرژی الکترونها بسته به دما متفاوت است.

در ناحیه گرمتر تعداد الکترونهای دارای انرژی بالاتر بیشتر است و آنها به سمت ناحیه سردتر هادی حرکت می کنند.

در اثر تفکیک بارها در انتهای هادی اختلاف پتانسیل تولید می شود. در سال 1821، زبک این اثر را کشف کرد و به اثر زبک معروف شد. اختلاف پتاسیل به ازای اختلاف دمای واحد ضریب زبک نامیده می شود و برای مواد مختلف فرق می کند.

اگر دو پیوند یک مدار بسته که از اتصال دو فلز غیر مشابه تشکیل شده است در دماهای متفاوتی قرار داده شوند، emf ای متناسب با اختلاف ضرایب زبک در این مدار تولید می شود.

اگر دما یک پیوند در مقداری معین ثابت نگه داشته شود، دمای پیوند دیگر را می توان با اندازه گیری emf تولید شده در مدار تعیین کرد.

تماس